apostila de concreto

Departamento de Engenharia Civil

MATERIAIS DE CONSTRUO 2 1 PARTE LIGANTES E CALDAS 2002

actualizao 2006

Joana de Sousa Coutinho

Materiais de Construo 2 1 Parte 2006


ii

NDICE

1. INTRODUO 1

1.1 Consideraes gerais 1 1.2 Beto. Definio 3

2 LIGANTES 4 2.1 Introduo 4

Ex: alcatro 4 2.2 Gesso 5

2.2.1 Introduo 5 2.2.2 Presa e endurecimento 7 2.2.3 Resistncias Mecnicas 9 2.2.4 Outras propriedades 10 2.2.5 Aplicaes 11

2.3 Cal area e cal hidrulica 15 2.3.1 Introduo 15 2.3.2 Cal area 15 2.3.3 Endurecimento da cal area 17 2.3.4 Aplicaes da cal area 18 2.3.5 Cal hidrulica 18 2.3.6 Presa e endurecimento da cal hidrulica 20 2.3.7 Algumas propriedades e aplicaes de cal hidrulica 20 2.3.8 Fabrico de cal 21 2.3.9 Comercializao de cais 22 2.3.10 Normalizao 22

3. CIMENTOS 28 3.1 Introduo 28 3.2 Definio 30 3.3 Composio da matria prima 30 3.4 FABRICO 31

3.4.1 Consideraes Gerais 31 1. Preparao do cru 31

3.4.2 Preparao do cru 32 3.4.3 Cozedura em forno rotativo 33 3.4.4 Arrefecimento do clnquer. Moagem 37

3.5 Principais componentes 41 do cr e do clnquer Portland 41

3.5.1 Consideraes gerais 41 3.5.2 Componentes da matria prima 41 3.5.3 Notao abreviada 42 3.5.4 Mdulos 42 3.5.5 Componentes principais do clnquer 44 3.5.6 Clculo dos componentes principais do cimento Portland 47

3.6 Hidratao 49 3.6.1 Presa, endurecimento e hidratao 50



iii

3.6.2 Hidratao e microestrutura 55 3.6.3 Calor de hidratao dos componentes 58 3.6.4 Resistncia dos componentes hidratados 61 3.6.5 A gua no cimento hidratado 62 3.6.6 Resistncia qumica 64

3.7 Propriedades fsicas, mecnicas e qumicas dos cimentos 66 3.7.1 Massa volmica dos cimentos 66 3.7.2 Finura 68

3.7.2.1 Introduo 68 3.7.2.2 Mtodos de determinao da finura de um cimento 69

3.7.3 Resistncias mecnicas 78 3.7.4 Presa 83 3.7.5 Falsa Presa 85 3.7.6 Expansibilidade 85

3.7.6.1 Expansibilidade causada por xido de clcio livre 86 3.7.6.2 Expansibilidade causada pelo xido de magnsio 87 3.7.6.3 Expansibilidade causada por sulfatos de clcio 88

3.7.7 Resduo insolvel 88 3.7.8 Perda ao fogo 89 3.7.9 Cloretos 89

3.8 MODIFICAES NA COMPOSIO no CLNQUER DO CIMENTO PORTLAND VERSUS USO DE ADIES 92

3.8.1 Cimento resistente aos sulfatos 96 3.8.2 Cimentos de baixo calor de hidratao 99 3.8.3 Cimento de elevada resistncia inicial 100 3.8.4 Cimento branco 101

3.9 ADIES ou substitutos parciais do cimento Portland 102 3.9.1 Fleres e filer calcrio (L, LL). Cimentos Portland de calcrio (CEM II-L e LL) 103

3.9.1.1 Definio e caractersticas 103 3.9.1.2 Regulamentao 104

3.9.2 Escria de Alto Forno. Cimentos Portland de escria (CEM II-S) e cimentos de alto forno (CEM III) 105

3.9.2.1 Propriedades hidrulicas latentes 105 3.9.2.2 Escria - Definio e caractersticas 105 3.9.2.3 Regulamentao 108 3.9.2.4 Vantagens do uso de escrias 108

3.9.3 Pozolanas. Actividade pozolnica. Classificao das pozolanas 110 3.9.4 Pozolanas naturais 111 3.9.5 Pozolanas artificiais 112 3.9.6 Cinza volante 114

3.9.6.1 Definio e caractersticas 114 3.9.6.2 Regulamentao 117

3.9.7 Slica de fumo 117 3.9.8.1 Definio, caractersticas e vantagens 117 3.9.7.2 Efeitos da slica de fumo 120 3.9.7.3 Regulamentao 123

3.9.8 Cinza de casca de arroz 124 3.9.9 Determinao da reactividade de uma adio tipo II 125

3.9.9.1 ndice de Actividade (adies tipo II) 125



iv

3.9.9.2 Pozolanicidade 127 3.10 Especificaes dos cimentos e normalizao em Portugal 128 3.11 Cimentos Especiais 134

3.11.1 Cimento Supersulfatado (Ciment mettalurgique supersulfat) 134 3.11.2 Cimento aluminoso 135 3.11.3 Cimento Expansivo 137

4. CALDAS DE INJECO 138 4.1 INTRODUO 138 4.2 FABRICO 141 4.3 PROPRIEDADES DA CALDA E NORMALIZAO 142 4.4 TECNOLOGIA DE INJECO 145 4.5 INJECO PROPRIAMENTE DITA 147 4.6 ANOMALIAS NA INJECO 148 4.7 REINJECO (post-grouting) 148 4.8 NOTAS FINAIS 149

REFERNCIAS 149



v



1

1. INTRODUO

1.1 CONSIDERAES GERAIS O beto e o ao so os materiais estruturais mais usados, por vezes completando-

se e noutras vezes competindo um com o outro de tal forma que estruturas de tipo e

funo semelhantes podero ser construdas quer com um quer com o outro material de

construo. No entanto, muitas vezes o engenheiro conhece pior o beto de uma

estrutura do que o ao. De facto o ao produzido sob condies cuidadosamente

controladas e as suas propriedades so determinadas em Laboratrio sendo referidas nos

documentos de certificao emanados do produtor. Isto , o projectista apenas ter que

especificar o ao de acordo com as normas em vigor e o engenheiro da obra ter que

verificar que as tarefas de ligao dos vrios elementos de ao sejam bem realizadas.

Numa obra em beto a situao totalmente diferente, pois, embora a qualidade

do cimento seja garantida pelo produtor de cimento de uma forma semelhante ao que

acontece com o ao e se utilizem materiais cimentcios adequados, o beto, e no o

cimento, que constitui o material de construo. Os elementos estruturais numa obra em

beto em geral so betonados in situ e utilizando-se os materiais adequados, a sua

qualidade vai depender sobretudo da mo-de-obra que produz, coloca e cura o beto.

Como a disparidade nos mtodos de produo do ao e do beto to evidente

torna-se muito importante o controlo de qualidade na obra quando utilizado o material

beto. Alm disso a mo-de-obra ligada produo do beto no especializada como

noutros tipos de tarefas, tornando-se essencial a fiscalizao na obra. Estes factos devem

estar presentes na mente do projectista na medida em que um projecto cuidado e

detalhado pode ser facilmente viciado se as propriedades do beto efectivamente

produzido em obra se desviarem muito das propriedades previstas no projecto.

Do que foi dito no se dever concluir que difcil produzir bom beto, pois o

beto de m qualidade que se caracteriza, por exemplo, por uma trabalhabilidade

inadequada e que endurece transformando-se numa massa no homognea e com ninhos

de pedra, tambm provem da mistura de cimento, agregados e gua. Isto , os

ingrediente de um bom beto so exactamente os mesmos de um mau beto e a

diferena entre os dois reside na tcnica e conhecimentos do como fazer (Neville,

1995).



2

De facto os processos envolvidos na produo de cimento e beto so complexos,

como se verifica na Figura 1.

matrias primas

moagem do cruhomogeneizao

calcinaoqueima

arrefecimentoalimentao do forno

clinquer

moagem

gua

adjuvantes

adies

adiesminerais

adiesquimcas

agregados

armazenamentocimento

beto

Figura 1 Fluxograma de materiais e processos na produo de cimento e beto (Johansen, 1999).

As propriedades do beto endurecido so da maior importncia e dependem da

complexa estrutura interna deste material. Alm disso o comportamento do beto fresco

e enquanto plstico tem uma influncia crucial na estrutura interna e, consequentemente

nas propriedades do material endurecido. Acresce ainda que a estrutura interna e,

portanto, as respectivas propriedades, vo evoluindo ao longo do tempo, interagindo

com o ambiente em que o beto est inserido (Construction Materials, 1996).

Assim, saber fazer beto de qualidade implica avaliar o ambiente onde a

estrutura do beto vai ser inserida, procurando prever as interaces ambiente/beto;

conhecer o comportamento dos constituintes; controlar as fases de produo, transporte,



3

colocao, compactao - isto , o seu comportamento no estado fresco, assim como

garantir uma eficiente proteco e cura.

Um beto de qualidade assim concebido e realizado ter uma estrutura interna que

evolui ao longo do tempo mas cujas propriedades satisfazem os requisitos pretendidos

durante o perodo de vida til prevista para essa estrutura.

Em resumo, poder-se- dizer que o BETO um material compsito cujas

propriedades dependem:

- da qualidade dos constituintes

- da qualidade de mo-de-obra que o produz e coloca

- das condies ambientais a que estar exposto durante a sua vida til (Skalny,

1989).

Repare-se que com a evoluo dos conhecimentos actuais relacionados com o

beto, torna-se fundamental que os engenheiros, empreiteiros e tcnicos ligados

construo levem a srio o desafio proposto por Sitter e designado pela Lei dos cinco:

Uma libra (escudo, dlar, Euro, ...) investido na fase A, corresponde a 5 libras na

fase B, 25 na fase C e 125 na fase D, em que:

A - Projecto, construo e cura do beto

B - Processos de iniciao da corroso em curso mas as fases de propagao e

portanto de deteriorao ainda no comeados.

C - Fase de propagao da corroso iniciada

D - Estado de propagao avanada (Geiker, 1999).

Isto , fundamental investir sobretudo na fase de concepo, construo

(produo, transporte, colocao, COMPACTAO) proteco e cura do beto - a fase

A.

1.2 BETO. DEFINIO

O beto um material constitudo pela mistura devidamente proporcionada de

agregados (em geral brita ou godo e areia) com um ligante hidrulico, gua e

eventualmente adjuvantes e/ou adies.



4

Ligante hidrulico (cimento)

Grosso (brita ou godo) Agregados Fino (areia)

gua

[Adjuvantes]

BETO

[Adies]

2 LIGANTES

2.1 INTRODUO Um ligante um produto que ganha presa e endurece, podendo aglomerar outros

materiais, tais como agregado grosso e areia. So portanto substncias com

propriedades AGLOMERANTES.

areos Ex: cal area; gesso (no resiste gua)

LIGANTES

HIDRFILOS Aplicao sobretudo em argamassas e betes

hidrulicos Ex: cal hidrulica; cimento (resistente gua)

HIDRFOBOS aplicao sobretudo em impermeabilizaes e pavimentos

Ex: alcatro betumes naturais e artificiais asfaltos (destilao de petrleo) resinas(materiais plsticos ou sintticos)

Um ligante hidrfilo um ligante que tem afinidade com a gua e misturado com

ela forma uma pasta que endurece, podendo, como qualquer ligante, aglomerar outros

materiais. constitudo por matria slida finamente pulverizada. Ex: cal area, gesso,

cal hidrulica, cimento.

Os ligantes hidrfilos podem-se classificar em areos ou hidrulicos.

Um ligante hidrfilo areo um ligante que misturado com a gua forma uma

pasta que endurece ao ar.



5

A pasta endurecida, com ou sem outros materiais incorporados, no resistente

gua. Ex: cal area, gesso.

Um ligante hidrfilo hidrulico um ligante que misturado com a gua forma

uma pasta que endurece ao ar ou dentro da gua e a pasta endurecida, com ou sem

outros materiais incorporados, resiste gua. Ex: cal hidrulica, cimento.

Um ligante hidrfobo (repelente de gua) um ligante em que a gua no tem

qualquer papel na produo e endurecimento do aglomerante e que repele a gua aps

endurecimento. constitudo por substncias mais ou menos viscosas que endurecem

por arrefecimento, por evaporao dos seus dissolventes ou por reaco qumica entre

diferentes componentes.

Apresentam-se, no sob a forma de p como os ligantes hidrfilos, mas sob a

forma de lquidos viscosos ou solues resinosas e ao endurecer formam estruturas

coloidais rgidas. Exs: alcatro, proveniente de carvo, sobretudo de hulha), asfaltos

(provenientes da destilao de petrleo), matrias plsticas ou sintticas como resinas.

2.2 GESSO 2.2.1 Introduo

A famlia dos gessos um conjunto de ligantes simples constitudos

basicamente por sulfatos mais ou menos hidratados de clcio e sulfatos anidros de

clcio obtidos por desidratao e cozedura da Pedra de Gesso ou Gesso Bruto.

O gesso encontra-se abundantemente na natureza, em terrenos sedimentares,

apresentando-se sob a forma de Anidrite CaSO4 ou Pedra de Gesso (CaSO4 . 2H2O)

(Sampaio, 1978).

A Pedra de Gesso ou Gesso Bruto extrado das gesseiras e

constituda essencialmente por sulfato de clcio dihidratado

(CaSO4.2H2O) podendo conter impurezas como slica, alumina, xido

de ferro, carbonatos de clcio e magnsio.

A Pedra de Gesso se submetida a tratamento trmico em fornos especiais d

origem a compostos diversos, mais ou menos hidratados e com propriedades diferentes,

de acordo com a temperatura de cozedura:



6

Entre 130 e 160oC o composto perde 1.5 molculas de gua dando origem ao gesso de Paris, gesso para estuque ou gesso calcinado CaSO4.1/2 H2O.

Este gesso mais solvel na gua do que o Gesso Bruto. Entre 170 e 280oC obtm-se a anidrite solvel CaSO4 de presa rpida

(gesso rpido), transformando-se em CaSO4.1/2 H2O em presena de gua.

Entre 400 e 600oC forma-se uma anidrite insolvel, que portanto no reage com a gua, no ganhando presa.

Cerca de 1100oC forma-se o gesso para pavimentos que uma anidrite de presa lenta. O gesso para pavimentos necessita de pouca gua de

amassadura e aps endurecimento apresenta maior resistncia e dureza e

menor porosidade e sensibilidade gua do que o gesso de Paris. pouco

usado devido ao facto da sua produo exigir temperaturas elevadas de

cozedura. Embora a presa demora cerca de 5 horas possvel reduzi-la para

cerca de 30 minutos utilizando aceleradores, como por exemplo sulfato de

alumnio (Duriez, 1950; NP 315, 1963; Sampaio, 1978; Bauer, 1992 e

Moreira, 1999).

1100 Gesso para Pavimentos

(presa lenta, + resistente)

400 a 600 Anidrite Insolvel

(sem presa)

170 a 280CaSO4

Anidrite Solvel (gesso rpido)

CaSO4.2H2O Pedra de Gesso ou

Gesso Bruto

130 a 170 CaSO4.1/2H2O

Gesso de Paris, para estuque ou

calcinado

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Figura 2 Produtos obtidos a partir da Pedra de Gesso, de acordo com as temperaturas (C).

O gesso para construo ou gesso comercial constitudo por uma mistura de

cerca de 60 a 70% de SO4Ca.1/2 H2O e o restante de anidrite (Bauer, 1992) tambm

podendo conter impurezas e adjuvantes. Num estudo levado a cabo no LNEC o gesso de

construo em Portugal demonstraram um teor de SO4Ca.1/2 H2O entre 77 e 97%

(Oliveira e Rodrigues).



7

2.2.2 Presa e endurecimento Os sulfatos de clcio hemi-hidratado e anidro, em presena de gua reconstituem

rapidamente o sulfato bi-hidratado original, isto , o gesso bruto como reaco inversa

ao seu fabrico:

CaSO4.1/2 H2O + 1.5H2O CaSO4.2H2O Esta reaco fortemente EXOTRMICA e expansiva, formando-se uma fina

malha de cristais em forma de longas agulhas que se interpenetram dando coeso ao

conjunto.

De facto uma das caractersticas mais notveis do gesso que a presa se faz com

aumento de volume, o que tem vantagens quando se trata de enchimento de moldes,

porque deixam de haver falhas dentro dos moldes. Alm deste facto h a salientar que o

acabamento das superfcies de gesso muito perfeito. Por estas razes o gesso foi e

muitas vezes usado em ornamentaes delicadas de tectos e paredes.

Depois da presa o gesso continua a endurecer num processo que pode durar

semanas. A presa e endurecimento dependem dos seguintes factores:

natureza dos compostos desidratados originados pela temperatura e tempo

do tratamento trmico sofrido, como visto atrs.

finura

presena de impurezas

presena de adjuvantes (por ex. retardadores de presa)

quantidade de gua de amassadura

Relativamente finura, quanto mais modo for o gesso, maior ser a sua

superfcie especfica e consequentemente a superfcie do material exposto hidratao,

pelo que a presa ser mais rpida (para a mesma quantidade de gua de amassadura).

A presa e o endurecimento do gesso tratado termicamente so tambm atrasados

por impurezas que existam no Gesso Bruto (produto natural).



8

possvel tambm, obter gesso de presa mais lenta por incorporao de

retardadores de presa tais como cola, serrim fino de madeira, etc., em propores

muito reduzidas (0.1 a 0,5%).

A quantidade de gua utilizada na amassadura de gesso, a gua de amassadura,

influencia muito a presa e o endurecimento, e, consequentemente a resistncia e

porosidade. De facto a presa tanto mais rpida quanto mais se reduzir a quantidade de

gua no sentido de a aproximar da estritamente necessria hidratao de dada

quantidade de gesso (para o composto CaSO4.1/2H2O cerca de 25% em massa). Se se

utilizar apenas a quantidade mnima, a presa demasiado rpida e portanto no

manusevel, no trabalhvel, pelo que se utiliza sempre, na prtica, uma quantidade de

gua maior.

De facto o CaSO4.1/2H2O um produto muito solvel na gua. Ento quando se

mistura gesso com gua, o CaSO4.1/2H2O dissolve-se dando origem ao CaSO4.2H2O,

que no to solvel e que ao fim de algum tempo precipita, por se ter dado a saturao

da soluo. Aquando da precipitao formam-se cristais que vo constituir um sistema

rgido.

Quanto mais gua se emprega na amassadura maior o tempo de presa, pois mais

tempo leva a soluo a ficar saturada, e portanto a cristalizao faz-se mais tarde.

Portanto:

> t. presa e endurecimento

> A/G < resistncia mecnica

> porosidade

A massa de gua de amassadura G massa de gesso Em geral para o gesso de construo a amassadura feito com uma quantidade de

gua de cerca de 0.6 a 0.75, verificando-se o princpio de presa entre 2 a 6 minutos e o

fim de presa (gesso j slido, consistente) de 15 a 30 minutos (Duriez, 1952).



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Como exposto anteriormente, para aumentar o tempo de presa, pode-se utilizar

uma quantidade maior de gua de amassadura com os inconvenientes de se obter

resistncia mecnica inferior e maior porosidade. possvel retardar a presa sem

aumentar a gua, utilizando um retardador de presa (por exemplo gelatina, cola forte,

cal apagada, gua quente) e portanto aumentar a resistncia e diminuir a porosidade.

2.2.3 Resistncias Mecnicas A resistncia mecnica do gesso aps presa depende da quantidade de gua

embebida, isto , presente na rede porosa e que no foi necessria para a formao de

CaSO4.2H2O. Os cristais formados so solveis na gua pelo que se o gesso aps presa

mantido num ambiente saturado praticamente no endurece. Se o gesso aps presa

conservado num ambiente no saturado, vai endurecendo medida que a gua

embebida se evapora e a resistncia vai aumentando. Por exemplo ao ar livre para uma

humidade relativa mdia, a resistncia do gesso pode duplicar entre o 1 e o 7 dia aps

a amassadura.

Mesmo depois de seco, a resistncia compresso pode reduzir a um quarto ou

mesmo um sexto se for embebido em gua (Duriez, 1952). Isto , o gesso no resiste

humidade e acaba mesmo por

apodrecer nessas condies, s se

utilizando no exterior, em climas

secos.

Na Figura 3 apresentam-se os

resultados mdios de ensaios

efectuados aos 28 dias em provetes

secos e saturados da resistncia

compresso e traco em funo

da gua de amassadura.

Figura 3 Resistncias mdias em provetes secos e saturados de gesso de construo, conservados 28 dias em ar

seco.



10

As resistncias aproximadas compresso e traco, de gesso de construo

conservado 28 dias num ambiente com humidade relativa mdia so dadas no quadro

seguinte (Duriez, 1952).

Resistncia (MPa) A/G compresso traco

Gesso de construo fino 75% 4.5 1.5 Gesso de construo grosso 60% 5.5 1.2

A massa de gua de amassadura G massa de gesso

Repare-se que a resistncia compresso cerca de trs a quatro vezes superior

resistncia traco. No beto o factor correspondente cerca de dez.

Repare-se tambm que no gesso, a resistncia mecnica depende no s da gua

de amassadura, mas tambm do estado de embebio, isto , da quantidade de gua

contida na rede porosa, como exposto anteriormente. No beto a resistncia mecnica

depende sobretudo da gua de amassadura e no diminui com o aumento da gua de

embebio, pelo contrrio, ir aumentar com a continuao do processo de hidratao

do cimento.

2.2.4 Outras propriedades Como apontado anteriormente a principal desvantagem deste material no

resistir humidade, em virtude ser dissolvido pela gua. apenas utilizado em

ambientes eventualmente hmidos se protegido com uma pintura impermevel. No

entanto apresenta uma srie de vantagens e desvantagens que se resumem

seguidamente:

Econmico. O gesso um material econmico devendo substituir o cimento

sempre que possvel. De facto, para fabricar 1 tonelada de cimento Portland so

necessrios cerca de 300 kg de carvo e para 1 tonelada de gesso so necessrios

cerca de 80 a 90.

Bom acabamento.

Bom isolamento Trmico e Acstico.

Resistncia ao fogo. De facto a resistncia ao fogo deste material elevado pois

no incio, o calor dispensado na desidratao do gesso.



11

gua Salgada. O gesso cinco vezes mais solvel em gua do mar (ou gua

com cloreto de magnsio) do que em gua doce.

Corroso do ferro e ao. O gesso corri o ferro e o ao pelo que no se podem

usar ferramentas e utenslios destes materiais, preferindo-se a utilizao de

ferramentas em lato, pregos ou parafusos com crmio, pregos ou parafusos e

armaduras galvanizadas com zinco puro (por exemplo o zinco com 1 a 2%

atacado) e no caso de se aplicar gesso por exemplo em tectos, as armaduras tm

de estar totalmente protegidas com argamassa (de cimento).

M aderncia a superfcies lisas, sobretudo a madeira, pelo que se

desenvolveram no passado, tcnicas apropriadas para obviar este inconveniente:

o estuque e o estafe.

2.2.5 Aplicaes O estuque e o estafe so tcnicas de aplicao de gesso que hoje no so utilizadas

a no ser em obras de reabilitao.

Estuque consiste no revestimento de paredes, tectos e outras superfcies

rebocadas de estruturas de edifcios feito com pasta de gesso para estuque (gesso

calcinado a cerca de 140oC e misturada com cal ou outro retardador) e qual se

adicionaram outros materiais convenientes como por exemplo, gelatina ou cola forte. O

estuque colocado entre e sobre fasquias de madeira dispostas de modo a permitir

melhor aderncia Figura 4.

Figura 4 Aplicao de estuque (Sampaio, 1975).

Esta tcnica caiu em desuso em virtude da falta de mo de obra e tambm devido

s deformaes sofridas pelas peas em madeira preferindo-se hoje o uso de gesso sob a

forma de placas pr-fabricadas (NP 315 e Sampaio, 1975).

gessofasquio

fasquio



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Estafe Placas pr-fabricadas de 1 a 2 cm de espessura, constitudas por gesso,

armadas com fibras vegetais (estopa, sisal, linho, etc.), dispersas que conferem maior

resistncia flexo.

Estas placas so aparafusadas aos barrotes intervalados de cerca de 1 metro. Os

parafusos no podem ser de ao, como dito. As juntas das placas e remates so

colmatadas com linhada de gesso fabricada no local e que consiste numa pasta de

gesso armada com fios de linho ou sisal.

PARAFUSOS PLACAS DE GESSO BARROTE

1 a 2cm

Figura 5 Placas pr-fabricadas formando o estafe (Sampaio, 1975).

Hoje em dia, existem vrios tipos e marcas de gesso de construo Figura 6,

para executar trabalhos moldados em obra, pr-fabricados ou mesmo para base na

formulao de colas ou massas.

Figura 6 Gesso para construo vendido a saco.

Alm do gesso de construo existe uma srie de produtos aplicveis na

construo obtidos a partir do gesso tais como:

peas pr-fabricadas para decorao Figura 7.



13

Figura 7 Produtos pr-fabricados de gesso, para decorao.

Gesso Cartonado placas de gesso prensado entre duas folhas de carto. Exs: Pladur Figura 8 Placoplatre Figura 9

Figura 8 Gesso cartonado Pladur.



14

Figura 9 Aplicao de gesso cartonado Placoplatre.

Gesso prensado placas de gesso prensado Ex: Knauff Figuras 10 e 11.

Existem hoje um sem nmero de outros produtos aplicveis na construo civil e

que englobam o material gesso, tais como placas mistas, placas reforadas com fibras

celulsicas, etc..

Figura 11 - Tecto em gesso. Entrada principal da Embaixada alem em

Washington (proj. Arq. O.M. Ungers) Pr-fabricao e montagem na Alemanha.

Figura 10 - Placas perfuradas Knauff entre as vigas de ao visveis. Restaurantes no piso

superior do Parlamento de Berlim (Reichstag).



15

2.3 CAL AREA E CAL HIDRULICA 2.3.1 Introduo

Um dos ligantes artificiais mais antigos o ligante que resulta da cozedura dos

calcrios, constitudos sobretudo por CaCO3, mais abundantes na natureza. Associada a

estes existe sempre a argila, em maior ou menor quantidade, porque a precipitao do

carbonato de clcio em guas de grande tranquilidade arrasta consigo a argila que

porventura esteja em suspenso. Obtm-se ento o calcrio margoso; quando a argila

em quantidade superior ao carbonato forma-se uma marga calcria. Assim, os

calcrios podem ser muito puros ou conterem quantidades variveis de argila (Coutinho,

1988).

Calcrio CaCO3 ~ 100%

Calcrio margoso CaCO3 + argila (



16

calcrios com teores de argila e de outras impurezas compreendidos entre 1 e 5%

(Coutinho, 1988).

Chamam-se gordas s primeiras devido s suas propriedades plsticas, pois trata-

se de cais facilmente trabalhveis e bastante macias. As cais magras no so to fceis

de trabalhar nem to macias. A reaco de presa a mesma para qualquer delas

(Sampaio, 1975).

Como o magnsio aparece muitas vezes associado ao clcio, so frequentes na

natureza calcrios com maior ou menor percentagem de dolomite (MgCO3) (Coutinho,

1988). Assim a cal area pode ser clcica quando sobretudo constituda por xido de

clcio (CaO) ou dolomtica constituda sobretudo por xido de clcio e xido de

magnsio. Segundo a normalizao europeia uma cal area clcica designa-se por uma

sigla que contm as letras CL e uma cal area dolomtica designa-se por uma sigla que

contm as letras DL.

O produto obtido pela cozedura dos calcrios designa-se por cal viva (quicklime)

que sobretudo xido de clcio e que, por reaco com a gua (extino), fornece a cal

apagada ou extinta (hidrated lime) que sobretudo hidrxido de clcio - Ca(OH)2.

Segundo a normalizao europeia uma cal viva designa-se por uma sigla que contm a

letra Q e uma cal apagada designa-se por uma sigla que contm a letra S.

A cal viva apresenta-se sob a forma de gros de grandes dimenses com 10, 15 ou

20 cm so as pedras (ou blocos) de cal viva (Bauer, 1992) ou sob a forma de p. A cal

viva um produto slido, de cor branca com grande avidez pela gua. Isto , para a

obteno e posterior aplicao do hidrxido de clcio, Ca(OH)2, necessrio proceder

hidratao da cal viva. A esta operao chama-se extino da cal:

CaO + H2O Ca(OH)2 + 15.5 cal. r. exotrmica cal viva cal apagada com expanso ou extinta

A extino pode fazer-se por dois processos: por imerso ou por asperso.

A imerso corresponde extino da cal viva com excesso de gua e feita

mergulhando os blocos de cal viva em gua obtendo-se uma pasta pasta de cal ou

pasta de cal apagada que endurece lentamente. De facto um produto muito pouco

poroso e permevel, com difcil e lenta recarbonatao que pode durar mais de 6

semanas, por vezes. Existem argamassas romanas que ainda se encontram moles no seu



17

interior, devido a camada exterior de carbonato de clcio no deixar penetrar o CO2,

impedindo assim a recarbonatao em zonas mais profundas (Sampaio, 1978).

A asperso consiste na extino da cal viva com asperso de gua estritamente

necessria hidratao. Como se verifica expanso medida que a cal se vai

hidratando, o produto pulveriza-se (Sampaio, 1978).

As cais extintas so portanto cais areas, principalmente constitudas por

hidrxido de clcio e, eventualmente, de magnsio que resultam da extino da cal viva.

As cais extintas no tm reaco exotrmica quando em contacto com a gua. So

produtos sob a forma de p seco ou mistura aquosa (NP EN 459-1, 2002) (pasta de cal

lime putty, ou leitada de cal).

Portanto, uma cal area um ligante constitudo sobretudo por xidos de clcio,

CaO ou hidrxidos de clcio, Ca(OH)2 que endurece lentamente ao ar por reaco com

o dixido de carbono. Em geral no endurece na gua pois no possuem propriedades

hidrulicas. Pode-se tratar de uma cal viva ou de uma cal apagada (NP EN 459-1, 2002).

2.3.3 Endurecimento da cal area

Depois de aplicada, o endurecimento da cal area faz-se em duas fases. Numa

primeira fase (presa inicial) d-se a evaporao da humidade em excesso, ao fim da qual

a cal est firme ao tacto mas ainda marcvel com a unha. Na segunda fase, a fase de

recarbonatao, d-se uma reaco qumica muito lenta, ao ar, (da o nome de area),

em que o hidrxido se reconverte em carbonato de clcio por recombinao com o

dixido de carbono (CO2). A velocidade desta fase de recarbonatao depende da

temperatura, da estrutura porosa e da humidade da pasta podendo demorar anos a

completar-se:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O + 42,5 cal. r. exotrmica e expansiva

A pasta de cal ao secar retrai e fissura. Para evitar a retraco de secagem

emprega-se areia nas argamassas de cal. Os gros de areia dividem o material em

pequenas fraces localizadas que arejam a argamassa, permitindo a sua carbonatao

ao mesmo tempo que se d a secagem. A areia utilizada deve ser siliciosa ou calcria,

bem limpa, isenta de matrias hmicas e de argila.



18

2.3.4 Aplicaes da cal area Repare-se que o hidrxido de clcio (Ca(OH)2) solvel na gua (1,3g/l) e ainda

mais na gua salgada. Portanto, alm de no ganhar presa nem endurecer em gua,

ainda mais solvel em gua salgada, pelo que no pode ser usado em obras hidrulicas

nem martimas.

At h cerca de 200 anos (quando apareceu a cal hidrulica) o ligante usado em

todas as construes era a cal. Hoje ainda utilizada por exemplo no fabrico de blocos

slico-calcrios, misturada com gesso, no fabrico de estuques, misturada com pozolanas

constituindo ligantes hidrulicos, misturada com cimento ou cal hidrulica em

argamassas para reboco e ainda sob a forma de leitada na caiao de muros. (Note-se

que ter vantagem na caiao utilizar areia, para que no se verifique microfissurao e

tambm tornar o produto mais econmico).

(Sampaio 1975; Coutinho, 1988; Bauer, 1992; Moreira, 1998).

2.3.5 Cal hidrulica Como indicado anteriormente a pedra calcria (CaCO3) que contenha de 8 a 20%

de argila, se tratada termicamente a cerca de 1000oC, d origem a cal hidrulica que

um produto que endurece tanto na gua como no ar.

A cal hidrulica constituda por silicatos (SiO2 . 2CaO) e aluminatos de clcio

(Al2O3 . CaO) que hidratando-se endurecem na gua ou ao ar e tambm por xido de

clcio (CaO) pelo menos 3%, que continua livre e que vai endurecer por carbonatao.

CaCO3 + argila 1000/1100oC cal hidrulica (8-20%)

A preparao da cal hidrulica feita em fornos, verificando-se as seguintes

fases:

500 a 700oC ______ desidratao da argila

850oC ______ decomposio do calcrio

CaCO3 CaO + CO2 1000 1100oC______ Reaco da slica e alumina da argila com o xido de

clcio, originando silicatos e aluminatos

SiO2 + CaO silicato de clcio (SiO2 . 2CaO) Al2O3 + CaO aluminato de clcio (Al2O3 . 3CaO)



19

Repare-se que se a temperatura de cozedura for mais alta (at 1500oC) e a

percentagem de argila (slica e alumina) for maior a reaco mais completa, isto a

quantidade de silicatos e aluminatos de clcio maior, diminuindo a quantidade de

xido de clcio livre e no extremo as reaces sero semelhantes s que se passam no

fabrico do cimento.

Portanto, a cerca de 1000oC a reaco parcial e os produtos formados so uma

mistura de silicatos e aluminatos de clcio com xido de clcio livre.

Depois da sada do forno obtm-se pedaos de vrias dimenses constitudos pela

mistura de silicatos e aluminatos de clcio e cal livre (mais de 3%, em regra cerca de

10%) e ainda um p inerte que silicato biclcico formado por pulverizao durante o

arrefecimento (657oC).

Este p amassado com gua no aquece nem ganha presa.

A cal retirada do forno deve ser extinta, no s com o fim de eliminar a cal viva,

mas muito especialmente para provocar a pulverizao de toda a cal hidrulica. este

fenmeno que distingue a cal hidrulica do cimento Portland: a finura da cal hidrulica

parcialmente obtida por extino da cal viva e no por moagem.

A extino deve ser feita com certa precauo pois s se deve adicionar apenas a

gua estritamente necessria para hidratar a cal viva; a reaco expansiva desta (dobra

de volume, sensivelmente) que se aproveita para pulverizar os gros que contm os

aluminatos e silicatos; a gua em excesso iria hidrat-los.

A cal viva precisa ser completamente extinta, antes de se utilizar a cal hidrulica

na construo.

A extino realizada lentamente a temperaturas entre 130 e 400oC e aps a

extino obtm-se:

P silicatos e aluminatos de clcio hidrxido de clcio (Ca(OH)2) cal apagada, extinta Grappiers

Os grappiers so gros de material sobreaquecido com verdadeiras caractersticas

de cimento, mais escuros e duros e ricos em silicatos biclcicos.

Assim, aps a extino necessrio separar os grappiers do p e proceder sua

moagem.



20

Em geral a separao feita em peneiros circulares rotativos constitudos por

tambores perfurados concntricos sendo o tambor interior de malha com mais abertura

para permitir a passagem dos grappiers Figura 12.

Figura 12 - Peneirao da cal hidrulica para separao dos grappiers (Sampaio, 1975)

Finalmente, aps a moagem dos grappiers o p resultante adicionado ao p de

silicatos e aluminatos de clcio e hidrxido de clcio formando cal hidrulica. Pode ser

conveniente juntar ainda materiais pozolnicos modos.

(Sampaio, 1975; Coutinho, 1988).

2.3.6 Presa e endurecimento da cal hidrulica

O endurecimento da cal hidrulica compreende duas reaces. Na primeira

reaco d-se a hidratao dos silicatos e aluminatos de clcio, quer na gua quer no ar.

Na segunda reaco d-se a recarbonatao da cal apagada, s ao ar e em presena do

dixido de carbono.

2.3.7 Algumas propriedades e aplicaes de cal hidrulica A massa volmica mdia da cal hidrulica cerca de 2,75 g/cm3, mais baixa do

que a do cimento e a sua baridade toma valores entre 0,6 e 0,8 g/cm3. A sua cor a cor

parda do cimento. Como a cal hidrulica muito semelhante ao cimento (cor), pode

prestar-se a falsificaes, o que muitas vezes tem consequncias desastrosas, porque a

cal hidrulica tem menor resistncia que o cimento.

Utiliza-se a cal hidrulica em aplicaes idnticas s do cimento, que no exijam

resistncias mecnicas elevadas como em argamassas (pobres):

Argamassa de revestimento



21

Argamassas para reboco de paredes

Argamassas para alvenaria

etc.

Note-se que a existncia de cal nestas argamassas (pobres) pode ser um problema,

j que existe sempre uma parte de CaO que no desaparece completamente e que ao

extinguir-se d origem a expanses.

(Sampaio, 1978; Coutinho, 1988; Moreira, 1998).

2.3.8 Fabrico de cal

As cais area e hidrulica podem ser produzidas em vrios tipos diferentes de

fornos. Do-se exemplos nas Figuras 13 e14.

Figura 13 Forno vertical, a carvo, para cal.

A Figura 13 apresenta o esquema de um forno contnuo vertical, que utiliza

combustvel de chama curta carvo. Consta de duas cmaras sobrepostas, sendo o

calcrio alimentado por uma abertura junto chamin superior e o combustvel

introduzido no estrangulamento entre as duas cmaras onde se processa a combusto. O

arrefecimento do material d-se na cmara inferior, onde o ar necessrio combusto

aquecido, com melhoria evidente em termos de rendimento trmico. O material

calcinado extrado pela parte inferior da cmara de arrefecimento (Bauer, 1992).



22

Figura 14 - Forno rotativo de eixo horizontal.

Os fornos rotativos, constitudos por um cilindro metlico internamente revestido

de material refractrio, giram lentamente sobre um eixo ligeiramente inclinado,

recebendo o calcrio pela sua boca superior e tendo o maarico de aquecimento na sua

boca inferior, por onde tambm retirado o material calcinado Figura 14.

2.3.9 Comercializao de cais

Existem cais comercializadas fornecidas em saco, a granel ou ainda, no caso de

misturas aquosas (cais areas extintas) em recipientes apropriados Figura 15.

Figura 15 - Alguns exemplos de cais comercializadas. 2.3.10 Normalizao

A norma europeia referente s cais constituda por 3 partes e foi publicada entre

ns em 2002:

NP EN 459-1 (2002). Cal de construo Parte 1: Definies, especificaes e critrios de conformidade.



23

NP EN 459-2 (2002). Cal de construo Parte 2: Mtodos de ensaio.

NP EN 459-3 (2002). Cal de construo Parte 3: Avaliao da conformidade.

Da parte 1 transcreve-se o quadro e notas, em itlico, da Figura 16, relativamente

composio qumica.

Valores expressos em % de massa

Tipo CaO +MgO MgO CO2 SO3 Cal livre

CL 90 90 52) 4 2 - CL 80 80 52) 7 2 - CL 70 70 5 12 2 - DL 85 85 30 7 2 - DL 80 80 5 7 2 - HL 2 - - - 32) 8 HL 3,5 - - - 32) 6 HL 5 - - - 32) 3 NHL 2 - - - 31) 15 NHL 3,5 - - - 31) 9

NHL 5 - - - 31) 3 1) Teores de SO3 superiores a 3% e at 7% so tolerados, se a expansibilidade for confirmada aos 28 dias com cura em gua seguindo o ensaio preconizado na EN 196-2; 2) Teores de MgO at 7% so tolerados, se a cal satisfizer o ensaio de expansibilidade indicado na EN 459-2.

Nota: Os valores aplicam-se a todos os tipo de cal. Para cal viva estes valores

correspondem aos da condio como entregue; para todos os outros tipos de cal (cal

hidratada, pasta de cal e cais hidrulicas) os valores baseiam-se no produto isento no s da

gua livre como tambm de gua combinada.

Figura 16 Classificao das cais de construo de acordo com a normalizao europeia.

A classificao das cais de construo, preconizada na normalizao europeia,

baseia-se na composio qumica para as cais areas, clcicas (CL) e dolomticas (DL) e

na resistncia compresso, para as cais hidrulicas (HL). Para as cais areas a sigla

constituda por CL ou DL, seguida de um nmero que indica a percentagem mnima de

xido de clcio e xido de magnsio que a cal contm, de acordo com o quadro da

figura anterior.

cal hidratada

cal hidratada

cal viva

cal viva

cal hidralica HL

Cai

s de

cons

tru

o

cal area

L

cal clcica CL

cal dolomtica

DL



24

Nas cais hidrulicas a sigla constituda por HL ou NHL, seguida do valor 2, 3,5

ou 5 conforme a classe de resistncia e de acordo com o Quadro 1.

Uma cal hidrulica (HL) , segundo a normalizao europeia, um ligante

constitudo sobretudo por hidrxido de clcio, silicatos e aluminatos de clcio,

produzido pela mistura de materiais adequados e que tem a propriedade de ganhar presa

e endurecer em gua. O dixido de carbono atmosfrico tambm contribui para o

processo de endurecimento. Uma cal hidrulica natural (NHL) uma cal produzida

pela calcinao de calcrios mais ou menos argilosos ou siliciosos e posterior reduo a

p por extino com ou sem moagem. Todos os tipos de cal hidrulica natural tem a

propriedade de ganhar presa e endurecer em gua e o dixido de carbono atmosfrico

contribui tambm para o processo de endurecimento.

Quadro 1 Resistncia compresso de cal hidrulica e cal hidrulica natural (NP EN 459-2) Resistncia compresso

MPa Tipos de cais de construo

7 dias 28 dias HL e NHL2 - 2 a 7

HL 3,5 and NHL 3,5 - 3,5 a 10 HL 5 and NHL 5 2 5 a 15

HL 5 e NHL 5 com baridade inferior a 0,90kg/dm3, permitia uma resistncia at 20 MPa.

Nota: Sabe-se que argamassas com ligantes clcicos adquirem resistncia que aumenta lentamente com a carbonatao.

Nas Figuras 17 e 18 apresentam-se fichas tcnicas de cal hidrulica

comercializada em Portugal.

Cal Hidrulica Natural NHL 5

NP EN 459-1 0856

Constituintes Calcrio margoso cozido com extino e moagem Sulfato de clcio regulador de presa



25

Caractersticas Qumicas Sulfatos (SO3) < 3,0% Cal livre > 3% Fsicas Incio de presa (min) > 60 Expansibilidade (mm) < 20 Resduo a 0,090 mm < 15% Baridade (g/l) > 600 Mecnicas Resistncia compresso - Valores mnimos 7 dias: 2,0 MPa 28 dias: 5,0 MPa

Propriedades especiais das argamassas fabricadas com cal hidrulica do Cabo Mondego

Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade Forte aderncia Grande poder de reteno de gua, opondo-se retraco inicial Fraca tendncia para a fissurao e fendilhamento Boa impermeabilidade e durabilidade

Utilizaes recomendadas Argamassas de todos os tipos (enchimento, reboco, assentamento e acabamento). Pr-fabricao (misturada com cimento) Blocos de alvenaria e abobadilha. Artefactos. Pavimentos rodovirios. Na substituio do filer dos betuminosos. No tratamento de solos hmidos e argilosos. Em trabalhos diversificados no meio rural.

Precaues na aplicao Na dosificao e na relao gua/ligante. No processo de cura da argamassa fresca, assegurar uma proteco cuidadosa contra a dessecao, principalmente em tempo quente. Preparar adequadamente o suporte para receber a argamassa.

Contra-indicaes



26

Trabalhos sob temperaturas muito baixas. Contacto com ambientes agressivos (guas e terrenos).

Acondicionamento

Saco 40 Kg

Palete de tara perdida

30 Sacos 1200 Kg

Palete a devolver 40 Sacos 1600 Kg

Granel 25 toneladas

Camio de 25 toneladas com meios de descarga, devidamente selado.

Figura 17 Ficha tcnica de cal hidrulica HL5 (Cimpor).



27

Figura 18 Ficha tcnica de cal hidrulica HL5, Martingana (Secil).



28

3. CIMENTOS

3.1 INTRODUO Em geral so consideradas duas abordagens para classificar cimentos, uma em

relao composio e a outra relativa s propriedades correspondentes ao desempenho

dos cimentos (Jackson, 1998).

Na rea de construo e engenharia civil tem sobretudo interesse os cimentos

hidrulicos calcrios - isto , os cimentos hidrulicos em que os principais constituintes

so compostos de clcio. De facto estes cimentos so constitudos sobretudo por

silicatos e aluminatos de clcio e de um modo geral podem-se classificar em:

- cimentos naturais

- cimentos Portland

- cimentos aluminosos (high-alumina) (Neville, 1995).

Muitos pases da Europa tais como ustria, Dinamarca, Finlndia, Frana,

Alemanha, Grcia, Islndia, Irlanda, Itlia, Luxemburgo, Holanda, Noruega, Espanha,

Sucia, Sua, Reino Unido e Portugal tem desenvolvido normas relativas aos cimentos,

de que se destacam algumas:

CIMENTOS CORRENTES:

EN 197 - 1 (June 2000) Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements. (Harmonizada) Amendment EN 197-1:2000/A1:2004 (Inclui na EN 197-1 os cimentos correntes de baixo calor de hidratao) Amendment EN197-1:2000/prA2:2006 (Inclui na En 197-1 os cimentos correntes resistentes aos sulfatos)

NP EN 197-1 (2001) Cimentos Part 1: Composio, especificaes e critrios de comformidade. (Harmonizada) Aditamento NP EN 197-1:2000/A1:2005 (Inclui os cimentos correntes de baixo calor de hidratao) EN 197 - 2 (June 2000) Cement - Part 2: Conformity evaluation.

NP EN 197-2 (2001) Cimentos Part 2: Critrios de conformidade. EN 197 -4 (April 2004) Cement - Part 4: Composition, specifications and conformity criteria for low early strength blastfurnace cements. (Harmonizada)



29

NP EN 197-4 (2005) Cimento. Parte 4: Composio, especificaes e critrios de conformidade para cimentos de alto-forno de baixas resistncias iniciais (Harmonizada) Em Portugal tem interesse referir ainda, uma norma relativa ao cimento branco e

uma outra sobre as condies de fornecimento e recepo de cimentos:

NP 4326 (1996) Cimentos brancos. Composio, tipos, caractersticas e

verificao da conformidade. Note-se que as normas europeias consideram os

cimentos brancos como correntes e portanto includos na EN 197.

NP 4435 (2004) Cimentos. Condies de fornecimento e recepo.

A ASTM - American Society for Testing and Materials tambm tem

contribudo largamente para a classificao dos cimentos sobretudo atravs das normas:

C 150 - 95 - Standard Specification for Portland Cement C 595 M - 95 - Standard Specification for Blended Hydraulic Cements.

CIMENTO DE ALVENARIA:

EN 413 1 (2004) Masonry cementsPart 1: Specifications. (Harmonizada) NP EN 413-1 (2005) Cimento de alvenaria. Parte 1: Composio,

especificaes e critrios de conformidade. (Harmonizada) prEN 413-2 (2005). Masonry cements-Part 2: Test methods

CIMENTO ESPECIAIS:

EN 14216 (2004).Cement Composition, specifications and conformity criteria for very low heat special cements. (Harmonizada)

NP EN 14216 (2005) Cimento - Composio, especificaes e critrios de conformidade para cimentos especiais de muito baixo calor de hidratao. (Harmonizada)

OUTROS LIGANTES:

6 Note-se que existem normas referentes a outros ligantes hidrulicos como, por

exemplo, os ligantes hidrulicos para construo rodoviria constitudos por misturas

produzidas em fbrica e prontas a usar por adio com gua (EN 13282) ou, outro caso,

como os ligantes hidrulicos para construo (HBC) que contm pelo menos 20% de

clnquer Portland e tambm cal utilizados, por exemplo, em argamassas para alvenaria

no estrutural (EN 15368).



30

3.2 DEFINIO Segundo a normalizao europeia (EN 197 - 1):

CIMENTO um ligante hidrulico, isto , um material inorgnico finamente

modo que, quando misturado com gua forma uma pasta que ganha presa e endurece

por reaces e processos de hidratao e que, depois de endurecida, conserva a sua

capacidade resistente e estabilidade mesmo debaixo de gua.

Um cimento que esteja de acordo com esta norma europeia designado

por cimento CEM e se for devidamente misturado com gua e

agregados, possvel obter-se beto ou argamassa:

- que conserva trabalhabilidade adequada durante um perodo de

tempo suficiente

- que, a determinadas idades atinge nveis de resistncia especificados

-e que apresenta estabilidade volumtrica a longo prazo.

O endurecimento de cimentos CEM sobretudo devido hidratao de

SILICATOS de CLCIO embora outros compostos, tais como os ALUMINATOS,

possam intervir no endurecimento. Nestes cimentos, a soma da quantidade de XIDO

de CLCIO reactivo (CaO) e SILICA reactiva (SiO2), em massa, pelo menos 50%

(NP EN 197-1). Fisicamente so constitudos por pequenos gros de materiais

diferentes mas a composio estatisticamente homognea. A uniformidade relativa a

todas as propriedades destes cimentos obtida por processos contnuos de produo em

massa que incluem moagem e homogeneizao adequadas. A qualidade do produto final

nas fbricas modernas de cimentos CEM conseguida por pessoal especializado e

qualificado e laboratrios adequadamente equipados que contribuem para o controlo e

ajuste contnuo nas linhas de produo. Isto , o processo de fabrico e o controle de

qualidade asseguram portanto que os cimentos apresentem uma composio dentro dos

limites fixados pelas normas europeias (Jackson, 1998).

3.3 COMPOSIO DA MATRIA PRIMA O cimento Portland artificial obtido a partir de uma mistura devidamente

proporcionada de calcrio ou cr (carbonato de clcio), argila ou xisto argiloso (silicatos



31

de alumnio e ferro) ou a partir de margas ou calcrios margosos (margas - mistura de

materiais calcrios e argilosos) e, eventualmente, outra ou outras substncias

apropriadas ricas em slica, alumina ou ferro, reduzida a p muito fino, que se sujeita

aco de temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos

rotativos. A mistura muito bem homogeneizada e bem dispersa, quer a seco

(fabricao do cimento por via seca) quer por meio de gua (fabricao por via hmida).

quelas temperaturas as matrias - primas reagem entre si, no que so ajudadas

pela fase lquida obtida pela fuso de cerca de 20% da matria prima (clinquerizao),

originando novos compostos. Em virtude destes fenmenos qumicos e fsicos, os

produtos da reaco, ao arrefecerem, aglomeram-se em pedaos com dimenses

variveis mas geralmente entre 2 mm e 20 mm, chamados clnquer (Sousa Coutinho,

1988, Neville, 1995). Os duros ndulos de clnquer so depois arrefecidos e modos

simultaneamente com uma pequena percentagem de gesso at se obter uma

granulometria muito fina.

Assim, a definio de cimento Portland nas vrias normas dos diferentes pases

considerada, nestes termos, reconhecendo que o gesso adicionado aps a calcinao

(Neville, 1995). Hoje em dia outros materiais podem ser adicionados em diferentes

propores quer nos Centros de Produo de Cimento (originando cimentos de vrias

designaes como o cimento Portland composto, cimento de alto forno, etc.) quer na

amassadura do prprio beto.

3.4 FABRICO 3.4.1 Consideraes Gerais

Como cerca de 70 a 80% da matria - prima calcrio em geral uma fbrica de

cimento situa-se junto de uma formao calcria.

As fases de fabrico so as seguintes:

1. Preparao do cru

extraco do calcrio (1,5 a 2 m) britagem (cm) pr-homogeneizao - formao de pilha de armazenamento com

argila e remoo por cortes verticais (75% brita calcria + 25%argila).



32

moagem e homogeneizao via seca via hmida

correco com aditivos (calcrio, slica, ferro ou alumina)

2. Cozedura

armazenamento nos silos alimentadores do forno pr-aquecimento entrada no forno rotativo

3. Arrefecimento, adio de gesso e moagem

4. Ensilagem e Ensacagem

Descreve-se em seguida cada uma destas fases.

3.4.2 Preparao do cru A pedreira explorada em grandes massas: blocos com dimenso mxima de 1,5 a

2 m so extrados e transportados para um britador que os reduz a pequenos blocos com

alguns centmetros.

O material britado transportado para uma pilha de armazenamento ao mesmo

tempo que recebe j a adio da argila (sensivelmente 25% de argila e 75% de brita

calcria). Enquanto a mistura depositada em camadas horizontais, a sua remoo para

os silos alimentadores dos moinhos de bolas feita por meio de cortes verticais na pilha

de armazenamento. Estes procedimentos consistem na Pr-homogeneizao.

H dois processos de fabrico do cimento: um em que a matria prima moda e

homogeneizada dentro de gua (via hmida) e outro em que a moedura e

homogeneizao se realizam a seco (via seca).

A primeira a mais antiga e a mais eficaz para obter homogeneizao de materiais

slidos. Hoje est caindo em desuso pois requer maior consumo de energia, por ser

necessrio eliminar a gua do cru, por aquecimento. Devido actual crise de energia

est sendo substituda por via seca que se tornou possvel graas s tcnicas de

fluidificao gasosa.

As reaces qumicas promovidas pela aco da temperatura entre os

componentes da matria - prima so essencialmente reaces no estado slido.



33

Para activar as reaces entre fases slidas, devido lenta difuso dos tomos e

molculas nos slidos, necessrio elevar a temperatura e a rea das superfcies dos

reagentes. A velocidade da reaco entre fases slidas portanto funo do grau de

finura, da natureza qumica dos materiais e da durao do aquecimento.

As reaces em fase lquida so muito mais rpidas e os produtos da reaco s

dependem da temperatura e da composio qumica das fases lquidas.

Daqui resulta a importncia da preparao das matrias - primas para o cimento:

finura da moagem, homogeneidade e proporo da fase lquida temperatura de

cozedura (cerca de 20%).

A matria - prima depois de moda levada a silos ou tanques de homogeneizao

(respectivamente na via seca e na hmida) onde sujeita a anlise qumica - hoje

automtica e instantnea, por meio dos raios X, com ligao a um computador que

calcula as correces a fazer e comanda os silos de aditivos, correctores, em calcrio,

slica, ferro ou alumina (ver 3.5).

Aps esta correco, o cru entra para os silos alimentadores do forno ( adaptado de

Coutinho, 1988).

3.4.3 Cozedura em forno rotativo Antigamente - e ainda hoje (no estrangeiro) nas fbricas de pequena produo

(At 500 t/dia) - o forno vertical (shaft kilns) mas aps a inveno do forno rotativo

este tem sido usado cada vez mais, com uma produo at 8000 t/dia e um produto final

mais homogneo (Coutinho, 1988; Jackson, 1998).

O forno rotativo, constitudo por um cilindro de chapa de ao com dimetro que

pode atingir 7,6 m e comprimento at 232 m (Alhandra) revestido inteiramente com

material refractrio. O cilindro assenta sobre roletes que o fazem girar e tem uma

inclinao de 2 a 6%. O movimento de rotao (1 3.5 rotaes/min.) e a inclinao

provocam o avano dos materiais no interior do forno. No extremo inferior introduz-se

o combustvel e o respectivo ar comburente, depois de ter sido aquecido no arrefecedor

do clnquer.

Para obter a temperatura de clinquerizao, temperatura de fuso das fases

aluminatos e ferratos, necessrio recorrer combusto de carvo ou de fuel - oil. Na



34

dcada de 50 o carvo foi sendo gradualmente substitudo pelo fuel, de tal modo que,

por volta de 1970, os fornos eram aquecidos somente a fuel. A partir de 1973, com o

incio da crise do petrleo comeou-se a voltar de novo ao carvo, ou pelo menos a

empregar sistemas mistos de queima de carvo com fuel e a partir dos anos oitenta usa-

se sobretudo carvo e coque de petrleo e tambm gs natural (Coutinho, 1988,

Jackson, 1998).

O carvo seco reduzido a p e injectado na parte inferior do forno com uma

parte do ar (ar primrio); o restante ar comburente (ar secundrio) introduzido no

forno depois de ter sido aquecido no arrefecedor do clnquer (Coutinho, 1988).

possvel utilizar resduos como combustvel, de forma limpa e eficaz em termos

ambientais, como demonstrado em experincias efectuadas em vrios pontos do mundo

com diferentes produtos, tais como pneus usados, lixos domsticos e sedimentos de

efluentes de esgoto (BCA, 1992).

Quando se queima carvo h que ter em conta a composio qumica das suas

cinzas, que vo modificar a do cru; a composio deste portanto calculada para

receber a slica, alumina, ferro, etc., que as cinzas eventualmente possuem. O fuel - oil

contm geralmente enxofre, assim como diversos carves com altos teores de enxofre e

este elemento, vai introduzir sulfuretos e especialmente sulfatos, no cimento.

(Coutinho, 1988; BCA, 1992). Em termos ambientais os carves com altos teores de

enxofre no provocam emisses poluentes pois o enxofre fica retido no clnquer (BCA,

1992; Neville, 1995).

Para se alcanar a temperatura de clinquerizao (1400 - 1450oC) necessrio

obter uma chama com temperatura da ordem de 1700oC.

Em termos de consumo de carvo utilizam-se cerca de 220 kg para produo de 1

tonelada de cimento e quando se utilizava fuel-oil, que caiu em desuso nos anos oitenta,

eram necessrios cerca de 125 litros (Neville, 1995).

A alimentao do forno pode ser realizada de quatro formas: pela entrada directa

da farinha (via seca), da pasta de cru (via hmida 35 a 50% de gua), da farinha

humedecida com gua, at 13%, aglomerado em grnulos (via semi-seca) e em pasta

dissecada por meio de uma compresso e filtragem (via semi-hmida que reduz a

humidade a menos de 20%).



35

O forno rotativo adaptado a estes estados da matria prima, e a sua construo

visa sempre o aproveitamento do calor transportado nos fumos provenientes da

cozedura ou clinquerizao, para secar a aquecer a matria - prima a caminho da

cozedura.

Assim, a clinquerizao em via hmida emprega fornos rotativos longos, (230 m)

equipados com por exemplo, grinaldas de cadeias internas, (correntes que absorvem o

calor dos gases em movimento, e o transmitem por conduo para a pasta) com o fim de

reaproveitar energia e demorar o mais possvel a progresso da pasta, obrigando-a

primeiro a secar; a cozedura em via semi-hmida utiliza fornos mais curtos e precedidos

de pr-aquecedores verticais, horizontais (tambores rotativos), etc., onde o teor de gua

da pasta desce para 10 a 15% (Coutinho, 1988, Jackson, 1998).

Na via semi-seca empregam-se secadores de grelha mvel, onde os grnulos de

cru (de farinha humedecida com gua), aglomerados, se depositam e atravs dos quais

circulam os gases quentes de combusto.

Finalmente, na via seca empregam-se hoje nas fbricas de maior produo, pr-

aquecedores de ciclones que foi talvez o maior desenvolvimento, em termos de reduo

de consumo de energia na produo do cimento, dos quais o mais importante o Dopol

- Figura 19 (Coutinho, 1988; Jackson, 1998).

Os gases provenientes do forno so aspirados, entrando pela parte inferior,

enquanto o cru entra pela parte superior, descendo atravs dos ciclones, onde os gases

provocam a sua agitao e disperso, at entrar no forno.

A permuta de calor neste sistema ento obtida por fluidificao do cru no seio

dos gases quentes, de modo que cada partcula fica em contacto com os gases,

adquirindo a sua temperatura em uma fraco de segundo. Os gases saem a cerca de 50

a 70oC (temperatura a que vai entrar a matria prima) e o cru sai do recuperador

entrando no forno a cerca de 800 a 900oC. Com estes pr-aquecedores consegue-se

recuperar cerca de 82% do calor dos gases de combusto que saem do forno. O

inconveniente deste sistema , como veremos mais frente, o enriquecimento do

clnquer em lcalis e sulfatos (Coutinho, 1988).



36

Figura 19 - Esquema de um pr-aquecedor Dopol. Os gases quentes provenientes do forno, A, so

aspirados saindo por C, para captao e aproveitamento do p. A alimentao do cru feita em B; este desce at aos dois primeiros ciclones paralelos, 4, depois aos outros dois, 3, entrando em seguida na

cmara de recolha, 2 donde passa para os dois primeiros ciclones paralelos, 1 (Coutinho,1988).

Na Figura 20 v-se a fotografia de parte do forno e parte da Torre de Ciclones

numa fbrica de produo de cimentos em Portugal.

Figura 20 Parte do forno e parte de Torre de Ciclones (Cimpor).



37

3.4.4 Arrefecimento do clnquer. Moagem

sada do forno o clnquer deve ser arrefecido rapidamente, pois o silicato

triclcico instvel a temperaturas inferiores a 1250oC; h portanto que conservar a sua

estrutura, arrefecendo-o rapidamente desde temperaturas superiores quela at

ambiente.

O silicato biclcico apresenta as formas e ; a forma estvel desde a temperatura de formao (1200oC) at 675oC. Abaixo desta temperatura o silicato

biclcico transforma-se em , forma em que praticamente inerte. Por isso tambm necessrio evitar a formao do silicato biclcico , arrefecendo rapidamente o silicato desde 1200oC at temperatura ambiente.

H tambm toda a vantagem em evitar que a fase lquida cristalize pois a

reactividade do aluminato de clcio diminui e o xido de magnsio poder cristalizar

em grandes cristais (periclase), o que provoca a instabilidade e a expansibilidade do

volume da pasta de cimento endurecido (ver 3.7.6.2).

Para efectuar o arrefecimento, h diferentes dispositivos dos quais o mais corrente

o planetrio constitudo por vrios tubos arrefecedores que envolvem o forno. O

clnquer arrefecido pelo ar (comburente) que em contracorrente o atravessa, chegando

quente zona de combusto.

Aps a sada do arrefecedor, a cerca de 125-180oC o clnquer armazenado,

terminando o seu arrefecimento com aspecto negro e duro Figura 21, entrando depois

nos moinhos de bolas, onde modo, juntamente com adjuvantes, para facilitar a

moagem, com aditivos gesso (3 a 5%) para lhe regular o tempo de presa, e outros,

para lhe modificar as propriedades como a pozolana, a escria de alto-forno, etc.

(Coutinho, 1988; Neville, 1998).

Modernamente, e ainda como resultado da crise energtica e por razes

ambientais, os aditivos podem ser inertes, em proporo tal que no comprometam as

propriedades do cimento (em geral at 10 ou 15%).

A moagem efectua-se em moinho de bolas idntico aos da preparao do cru,

numa operao que consome cerca de 40% da energia total do fabrico do cimento. A

caracterstica que se obtm, a finura, to importante como a composio qumica.



38

Figura 21 Clnquer sada do arrefecedor.

Os elementos finos produzidos por moagem tendem a diminuir muito rapidamente

o rendimento desta operao. O aparecimento de elementos finos, embora desejado,

aumenta a compacidade da mistura do clnquer com as bolas, diminuindo a eficcia

destas. por isso necessrio elimin-los o mais rapidamente possvel, medida que se

vo formando. Para a soluo deste caso h dois tipos de moedura: em circuito aberto e

em circuito fechado (Coutinho, 1988).

Na moagem em circuito aberto o clnquer, juntamente com o gesso, introduzido

no moinho que tem trs compartimentos com bolas de ao de dimetro sucessivamente

menor, desde 60 a 80 mm no primeiro compartimento (em 1/6 do comprimento do

moinho) passando por um compartimento intermdio com bolas de 30 a 50 mm at

dimetros de 15 a 25 mm no ltimo (com metade do comprimento); actualmente, no

ltimo compartimento usam-se corpos moentes cilndricos (cylpebs) em vez de bolas,

com 4 a 8 mm de dimetro (Coutinho, 1988).

Na moagem em circuito fechado, os finos vo sendo extrados do moinho

medida que se vo produzindo. Uma corrente de ar atravessa o moinho, da entrada para

a sada, arrastando as partculas mais finas, para um separador, onde so classificadas:



39

as finas vo para os silos de armazenamento, e as mais grossas voltam ao moinho

(Coutinho, 1988).

Para ajudar a moagem usam-se adjuvantes que se adicionam ao clnquer durante

esta operao promovendo a disperso das partculas de cimento: 0,01 a 0,1% da massa

do clnquer em aminas ou sais de aminas, poliois, linhossulfitos ou cidos orgnicos

fracos que no so decompostos s temperaturas de moagem. Estes adjuvantes

diminuem o consumo de energia de 10% a 15% e no tm qualquer aco sobre a

qualidade do cimento. Evitam o revestimento das bolas, das paredes do moinho e a

formao de agregados de partculas grossas com finas, aumentando o rendimento do

separador de fluxo de ar (Coutinho, 1988).

Dos moinhos de bolas, o cimento passa para grandes silos, onde homogeneizado

e da distribudo, a granel ou em sacos (Coutinho, 1988).

A Figura 22 - representa o diagrama de produo (via seca) numa central

moderna.



40

Figura 22 Produo de cimento (via seca) (Cimpor)



41

3.5 PRINCIPAIS COMPONENTES DO CR E DO CLNQUER PORTLAND 3.5.1 Consideraes gerais

Os componentes da matria prima sujeitos aco da temperatura vo sofrendo

uma srie de reaces qumicas e vo-se transformando em compostos diversos como

esquematizado no diagrama da Figura 23 (Jackson, 1998).

Figura 23 Esquema das transformaes sofridas pelo cru at se transformar em clnquer (Jackson,

1998). 3.5.2 Componentes da matria prima

Neste diagrama tem-se esquerda a composio da matria prima obtida pela

mistura devidamente doseada de calcrio e argila que compreende:

Calcite CaCO3 Slica SiO2 Minerais de argila SiO2 Al2O3 H2O xidos de ferro Fe2O3

A composio da matria prima deve ser tal que depois de perder a gua e o

dixido de carbono devido elevada temperatura atingida no forno, tenha uma

composio qumica dentro dos limites seguintes:

CaO - 60 a 67%

CaCO3 CALCRIO

slica SiO2 Al2O3 H2O xidos de ferro Fe2O3

ARGILA



42

SiO2 - 17 a 25% Al2O3 - 3 a 8% Fe2O3 - 0.5 a 6%

Alm destes componentes principais, a matria-prima contm ainda metais

alcalinos, magnsio, magnsio, titnio, fsforo e, eventualmente, sulfatos:

MgO - 0.5 a 4% K2O e Na2O - 0.3 a 1.2% SO3 - 2 3.5%

(Coutinho, 1988 ; Neville, 1995 ; Jackson, 1998).

3.5.3 Notao abreviada

Note-se que costume na Qumica do cimento, considerar a notao abreviada

seguinte:

CaO - C SiO2 - S Al2O3 - A Fe2O3 - F

No que respeita ao cimento hidratado so usados tambm os seguintes smbolos:

H2O - H SO3 - S

3.5.4 Mdulos Com o fim de obter produtos com a necessria regularidade de composio e

portanto de propriedades, preciso que entre estes simples xidos elementares existam

certas relaes antes da cozedura, denominadas mdulos (Nota 1), dos quais o

hidrulico foi pela primeira vez definido por Vicat:

Mdulo hidrulico (VICAT)

3,2a7,1deOFeOAlSiO

CaO

32322 ++

Depois deste, outros se tm calculado, e hoje costume considerar mais os

seguintes:

Mdulo silcico

3a2deOFeOAl

SiO

3232

2

+



43

Quanto mais baixo for este mdulo mais baixo ser a temperatura de

clinquerizao, pois Al2 O3 e Fe2 O3 so fundentes.

Mdulo alumino-frrico ou de fundentes

5,2a5,1deOFeOAl

32

32

Grau de saturao em clcio

98,0a90,0deOFe65,0OAl18,1SiO8,2

CaO

32322 ++

Este ltimo mdulo representa a relao entre o xido de clcio total e o que

susceptvel de se combinar com slica, alumina e ferro para dar os componentes

indicados mais adiante.

alumina e aos xidos de ferro chamam-se fundentes, pois os compostos em

que intervm fundem temperatura mais elevada (denominada temperatura de

clinquerizao) ajudando assim melhor combinao de todos os intervenientes nas

reaces em que se formam os componentes do cimento.

O Mdulo de fundentes particularmente importante na obteno de cimentos

com resistncia qumica melhorada e calor de hidratao baixo. Para este efeito

necessrio que no se forme aluminato triclcico (Al2O3. 3CaO) o que acontece quando

o nmero de molculas de sesquixido de ferro igual ou maior do que o nmero de

molculas de xido de alumnio (Coutinho, 1988).

64,0OFeOAl

32

32

Se os mdulos no respeitarem os limites apresentados, necessrio fazer

correces matria prima depois de moda e antes de entrar para os silos alimentadores

do forno. Como foi dito anteriormente, (3.4.2) a matria prima depois de moda,

sujeita a anlise qumica automtica por raios X. Esta informao automaticamente

processada pelo sistema informtico instalado e as correces a fazer, isto , as

quantidades necessrias de calcrio, slica, ferro e/ou alumina so adicionadas

automaticamente a partir dos silos respectivos.

Nota 1: Nas frmulas dos mdulos, os smbolos referem-se s percentagens dos xidos na

totalidade do cimento e no aos seus pesos moleculares.



44

3.5.5 Componentes principais do clnquer As reaces qumicas que ocorrem pela aco da temperatura, a partir da matria

prima constituda principalmente por cal, slica, alumina e xidos de ferro levam

formao dos componentes principais do clnquer Portland, os quais cristalizam em

elementos mais ou menos individualizados, enumerados a seguir, com indicao da

percentagem em que normalmente ocorrem nos cimentos Portland:

Silicato triclcico 3CaO.SiO2 (de 20 a 65%) C3S (alite) Silicato biclcico 2CaO.SiO2 (de 10 a 55%) C2S (belite) Aluminato triclcico 3CaO.Al2O3 (de 0 a 15%) C3A(aparece c/ mat. vtrea) Aluminoferrato tetraclcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (de 5 a 15%) C4AF (celite)

Esquematicamente podem-se resumir assim as transformaes sofridas pelas

matrias primas pela aco da temperatura at obteno do clnquer:

At 100oC evapora-se a gua livre, secando a mistura de calcrio e argila.

At 450oC sai a gua adsorvida nos componentes da matria prima.

At 700oC d-se a activao dos silicatos por desidratao e alteraes na rede

cristalina.

De 700 a 900oC d-se a decomposio dos carbonatos de clcio (e de magnsio)

com a formao de xido de clcio (e de magnsio).

Comea a combinao da alumina, xidos de ferro e slica activada com o xido

de clcio. Inicia-se a formao de belite (silicato biclcicoslica+cal) e a formao de

aluminato de clcio 12CaO.7Al2O3 (C12A7alumina+cal) e aluminoferrato biclcico

(C2AF).

De 900 a 1200oC prossegue em pleno a formao de belite (silicato biclcico),

comea-se a formar o aluminato triclcico (C3A) e o aluminoferrato tetraclcico (C4AF).

De facto, a cerca de 1200oC a maior parte do aluminato triclcico e aluminoferrato

tetraclcico est constitudo e o teor de silicato biclcico (belite) atinge o mximo.

A 1260oC principia o aparecimento da fase lquida, constituda pela combinao

de parte de xido de clcio com os xidos de alumnio e de ferro, a qual promove a

constituio do silicato triclcico (alite), a partir do silicato biclcico (belite) j formado.

Mas parte do silicato biclcico subsiste pois este no se pode transformar em triclcico

sem que haja ainda algum xido de clcio livre. Ver-se- que este xido de clcio (livre)



45

pode ser nocivo porque a sua hidratao se d com expanso, a qual se pode tornar

perigosa quando o seu teor exceda 2% e se encontre cristalizado (Coutinho, 1988).

Durante o arrefecimento a fase fundida no deve cristalizar. Se o arrefecimento

for lento o C3A cristaliza e o xido de magnsio poder formar grandes cristais. No

diagrama da Figura 23 no est representado o que se passa com os sulfatos alcalinos,

que se individualizam durante o processo de arrefecimento (Jackson, 1998; Coutinho,

1988).

Na realidade os componentes do clnquer do cimento no so to simples como

indicado anteriormente pois no aparecem puros: a sua rede cristalina contm outros

metais, como os alcalinos, o ferro, o magnsio, etc. De facto, na sua estrutura, h

tomos de clcio que so substitudos por magnsio e pelos metais alcalinos, tomos de

silcio e de alumnio que so substitudos por tomos de ferro, etc. Existem no clnquer

xidos livres e outros componentes em soluo slida com estes e tudo isto cria

influncias recprocas muito importantes na composio e estrutura de tais componentes

(Coutinho, 1988).

Le Chtelier foi dos primeiros a reconhecer que a anlise qumica do clnquer

pouco diria sobre a natureza dos componentes formados durante a fuso e a sua

cristalizao subsequente. Em 1882, observando ao microscpio, por transparncia,

seces delgadas do clnquer, descreveu os principais cristais que o compem, bem

como a massa vtrea istropa que os rodeava e cerca de quinze anos depois o sueco

Trnebohm sem conhecer o trabalho de Le Chtelier, descrevia os mesmos minerais,

tendo designado os principais por alite, belite e celite.

A alite essencialmente constituda pelo silicato triclcico com diferentes

tomos estranhos, como o Mg, Al, Fe. Os cristais de alite so poligonais, de estrutura

rombodrica, rectangulares ou hexagonais, com dimenses de 10 a 50 m. A belite constituda essencialmente por silicato biclcico , com tomos

estranhos, como o potssio, o fsforo, o brio, etc. Os cristais apresentam maclas lisas

ou estriadas; a sua dimenso da ordem de 30 m. Os gros no tm forma cristalina definida, so arredondados, amarelados, mais ou menos escuros.

A celite, que ocorre entre os cristais de alite e belite, reconhece-se pela sua cor

amarelo-alaranjada, constituda por solues slidas entre um ferrato biclcico e um



46

aluminato biclcico e na qual o aluminoferrato tetraclcico (C4AF) um ponto de

especial importncia. A esta soluo slida chama-se fase ferrtica (Coutinho, 1988). O

contedo mdio de celite nos cimentos Portland cerca de 8% e a celite (contm

ferro) que responsvel pela sua cor cinzenta pelo que o cimento branco no contm

celite (Soroka, 1993).

Existe tambm, entre outros, um material sem cor, como o vidro e que tambm

aparece como material de enchimento entre os gros de alite e de belite, constitudo por

aluminatos aluminato triclcico(C3A) e por uma massa vtrea (Coutinho, 1988). Figura 24 (Glasser, 1998) Estrutura de um clnquer Portland relativamente comum observado ao microscpio ptico:

alite (silicato triclcio) cristais amarelados, de forma aproximadamente hexagonal.

belite (essencialmente silicato biclcico) cristais mais escuros, arredondados.

A fase intersticial (celite, massa vtrea etc.) a temperaturas elevadas era material fundido encontrando-se agora cristalizado numa mistura de solues slidas entre ferrato de clcio e aluminato de clcio, que inclui o aluminoferrato tetraclcico (C4AF). (As manchas irregulares so resina de preparao para observao)(Coutinho, 1988; Glasser 1998).

Figura 25 Estrutura de um clnquer Portland idntico ao anterior:

alite cristais escuros azulados (com incluses de belite)

belite cristais arredondados, muitos em forma de maclas (Glasser, 1998).

Figura 26 Aspecto esquemtico dos principais componentes do clnquer de cimento Portland: cristais poligonais de alite com pequenas incluses de belite, cristais arredondados de belite com estriao caracterstica, e fase intersticial de aluminato, ferrite e massa vtrea (Coutinho, 1988).



47

As propriedades do cimento so dominadas pela natureza da estrutura do

clnquer, a qual se pode dizer que varia de cimento para cimento devido s diferenas

nas matrias-primas e no modo de fabrico.

Com efeito, importante voltar a assinalar que a formao do clnquer resulta de

reaces no estado semi-slido: apenas cerca de 20% da matria-prima funde, e os

outros 80% reagem no estado slido. Por isso, enquanto os materiais obtidos

inteiramente por fuso, como o ferro fundido, o ao, etc., no so influenciados pelo seu

antigo estado, o mesmo no acontece com o clnquer, pois, porque no passou

totalmente pelo estado fludo, a cristalizao e sobretudo os defeitos da cristalizao so

influenciados pela constituio cristalogrfica do calcrio e da argila primitivos.

Portanto os clnqueres, mesmo com composies qumicas idnticas, podem ter

caractersticas diferentes, segundo a natureza do material na pedreira de origem.

Acresce ainda que factores como a histria trmica do clnquer (tanto dentro do

forno como durante o arrefecimento), as dimenses e forma das partculas que

compem o cru, as variaes acidentais da composio qumica do cru tanto devidas a

erros acidentais da dosagem como da natureza e concentrao de impurezas tais como

magnsio, compostos de flor, fosfatos, xidos de chumbo e zinco, lcalis e sulfuretos

contribuem para alterar a estrutura do clnquer. Daqui resulta a enorme variabilidade

nas propriedades do cimento que no pode ser explicada apenas pela anlise qumica

(Coutinho, 1988).

3.5.6 Clculo dos componentes principais do cimento Portland Viu-se portanto que a matria prima submetida a temperaturas de

clinquerizao, transformada em quatros tipos diferentes de compostos clcicos (C3S,

C2S, C3A e C4AF) que se encontram, quelas temperaturas num estado de equilbrio

qumico. Ora, o arrefecimento vai afectar o grau de cristalizao daqueles compostos e a

quantidade de matria amorfa resultante e portanto o produto arrefecido ter uma

composio qumica diferente. De qualquer modo para simplificar, internacionalmente

aceite considerar que o clnquer arrefecido corresponde composio de um estado de

equilbrio total entre os componentes cristalizados como se se mantivessem quelas

temperaturas elevadas. Alis esta converso que permite determinar a designada por



48

composio potencial ou composio de Bogue de um cimento a partir das

quantidades de xidos determinados por anlise qumica (Neville, 1995).

O mtodo proposto por Bogue, hoje universalmente aceite como primeira

aproximao atravs da norma americana ASTM C 150, pois presta muito bons servios

para rpidas apreciaes da qualidade do cimento, consiste, em resumo, no seguinte:

Parte-se da anlise qumica do cimento, em xidos elementares, tal como

fornecida directamente pelos mtodos analticos usuais. Note-se todavia que na anlise

deve figurar a determinao do xido de clcio livre, o qual se deve subtrair do xido de

clcio total determinado, de modo a obter a parte deste xido que est combinada.

percentagem de slica deve tambm subtrair-se o chamado resduo insolvel, quase

exclusivamente constitudo por slica no estado livre, no combinada.

A anlise qumica fornece as percentagens dos seguintes xidos elementares:

CaO combinado,

SiO2 combinado,

Al2O3,

Fe2O3,

MgO,

CaO livre,

SO3, e ainda, eventualmente, TiO2, Na2O e K2O (Coutinho, 1988).

A anlise qumica dos cimento ter de ser conduzida de acordo com a norma

NP EN 196-2 (2006): Mtodos de ensaios de cimentos. Parte 2: Anlise

qumica dos cimentos. (Esta norma substitui a EN 196-2:1994 e incorpora a EN 196-

21:1989).

Com as percentagens dos xidos elementares e utilizando as frmulas seguintes

calcula-se ento a composio potencial ou de Bogue:

C3S = 4.07 (CaO) 7.60(SiO2) 6.72(Al2O3) 1.43(Fe2O3) 2.85(SO3)

C2S = 2.87(SiO2) 0.75(3CaO . SiO2)

C3A = 2.65(Al2O3) 1.69(Fe2O3)

C4AF = 3.04(Fe2O3)

No Quadro 2 apresentam-se a composio em xidos de um cimento Portland

habitual (anos sessenta), e a respectiva composio potencial ou de Bogue (Neville,

1995).



49

Quadro 2 Composio em xidos, resultante de anlise qumica e respectiva composio de Bogue (Neville, 1995)

Composio em xidos % Composio potencial (Bogue) %

CaO (combinado) SiO2 (combinado) Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O Outros Perda ao fogo Resduo insolvel

63 20 6 3

1.5 2 1 1 2

0.5

C3A C3S C2S C4AF Compostos secundrios

10.8 54.1 16.6 9.1 _

Chama-se composio assim calculada potencial, porque neste clculo se

supe que no s todo o clnquer est cristalizado como j referido, no ficando nele

nenhum material vtreo aps o arrefecimento, mas tambm que os compostos formados

so puros, sem incluso de tomos estranhos. Nenhuma destas hipteses correcta, pois

a experincia mostra que h sempre ma certa quantidade de massa vtrea no clnquer,

que os componentes principais no so puros e que o composto ternrio frrico tem uma

composio geralmente distinta da do aluminoferrato tetraclcico (Coutinho, 1988).

Hoje existem vrios mtodos para determinar a composio de cimento Portland

tais como mtodos de difraco de raio X, microscopia ptica, microscopia electrnica

de varrimento, dissoluo selectiva, anlise termo-gravimtrica, o mtodo de Bogue

aperfeioado (ver Leas Chemistry of Cement and Concrete, pg 197).

De qualquer forma importante ter sempre presente que as propriedades de um

cimento dependem no s da composio da matria prima, como tambm das

condies de cozedura e de arrefecimento.

3.6 HIDRATAO O clnquer depois de arrefecido ento modo com uma pequena percentagem

de gesso e este produto que se designa por cimento e que em contacto com a gua d

origem a um novo sistema de compostos hidratados estveis que cristalizam com hbito

acicular, emaranhando-se e colando-se uns aos outros, conferindo ao conjunto uma

resistncia elevada.



50

3.6.1 Presa, endurecimento e hidratao Durante um perodo inicial designado por perodo dormente ou de induo,

aps a amassadura de gua e cimento, a fluidez ou consistncia da pasta mantm-se

relativamente constante e embora se verifique uma perda gradual de fluidez, possvel

recuper-la se se reamassar a pasta.

Em geral 2 a 4 horas depois da amassadura, a temperaturas normais, a mistura

comea a ganhar rigidez muito mais rapidamente e considera-se que se atingiu o incio

de presa. No entanto a resistncia ainda muito baixa e o endurecimento s comea

aps o fim de presa que ocorre uma horas depois. O endurecimento ,depois, muito

rpido nos primeiros um ou dois dias a seguir e, posteriormente, a resistncia continua

a aumentar mas a uma taxa cada vez menor, durante semanas, meses e anos.

A pasta de cimento desenvolve calor, em particular durante a presa e incio de

endurecimento. As reaces de hidratao so exotrmicas e se se medir o calor de

hidratao ao longo destas fases, a temperatura constante, obtm-se curvas do tipo da

Figura 27 (Domone, 1994)

Figura 27 Curva tpica relativa ao desenvolvimento de calor de hidratao de cimento Portland, durante a hidratao e a temperatura constante (Domone, 1994).

Pensa-se que o mximo (A) resulta da hi

apostila de concreto

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